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【c++】继承（2）

news 2025/9/19 5:42:28

hello~ 很高兴见到大家! 这次带来的是C++中关于模板进阶这部分的一些知识点,如果对你有所帮助的话,可否留下你宝贵的三连呢?
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文章目录

一、继承与静态成员
二、多继承与菱形继承问题
- 1. 单继承和多继承
- 2. 菱形继承
- 3. 虚拟继承
- 4. 多继承中指针偏移问题
三、继承和组合

继上次的继承章节—继承1

一、继承与静态成员

若基类定义了静态成员，那么整个继承体系之中也就只会有一个这样的成员。无论派生出多少个类，都只会有一个static成员实例。

class Person
{
public:string _name;static int _count;
};int Person::_count = 0;//可以通过类域访问静态成员class Student : public Person
{
protected:int _stuNum;
};int main()
{Person p;Student s;cout << "普通成员变量" << endl;cout << &p._name << endl;cout << &s._name << endl;cout << "静态成员变量" << endl;cout << &p._count << endl;cout << &s._count << endl;return 0;
}

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可以发现，对于普通成员变量_name，对象p和对象s的_name变量地址是不相同的，它们不会共用_name，而对于静态成员变量_count，对象p和对象s的_count变量地址是相同的，这说明这两个对象是共用同一个_count的。无论再由基类继承多少个派生类，在这一个继承体系里面都是共用同一个静态成员变量_count的。

二、多继承与菱形继承问题

1. 单继承和多继承

单继承：一个派生类只有一个直接基类时称这个继承关系为单继承。
多继承：一个派生类有两个及以上的直接基类时称这个关系为多继承。多继承对象在内存中的模型是：先继承的在前面，后继承的在后面，派生类成员放到最后面（具体会在指针偏移问题处给出例子）。

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在uml图里，继承关系表示是由派生类指向基类。

如上图，对于多继承，就好比学生与老师和助教之间的关系，助教拥有双重身份，所以Assistant既需要继承Student也需要继承Teacher。也如同西红柿，西红柿既可以看作蔬菜，也可以看作是一种水果。

2. 菱形继承

菱形继承是多继承的一种特殊情况。从下图可以看出Assistant既继承了Student也继承了Teacher，而Student和Teacher都继承了同一个基类Person，那么相应的Assistant类就会继承两个Person里的成员，会有数据冗余和二义性的问题。
关于数据冗余：比如Assistant里面就包含了多份Person成员。关于二义性：在通过Assistant对象访问Person里的成员时，编译器无法分清需要访问·的是Student里的，还是Teacher里的。

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3. 虚拟继承

数据冗余和二义性这两个问题，在虚拟继承之前，二义性可以通过指定类域来解决问题，但是数据冗余不行。而一旦解决了数据冗余的问题，二义性的问题也将会被解决。
有多继承，就不可避免的会存在菱形继承，想要解决菱形继承的问题，就需要解决菱形继承所带来的数据冗余和二义性的问题。为此虚拟继承出现了，它的关键字是virtual。
虽然通过虚拟继承解决了菱形继承的问题，但是它的底层实现非常复杂，它会造成一些无法避免的损失。从这个点也可以看出，多继承算是c++的一个缺陷，在之后的一些编程语言里就没有多继承比如java。
什么时候用到关键字virtual–>在会出现数据冗余的基类（这个基类在后面的派生类会出现多个）被继承的时候在派生类的继承方式前添上virtual关键字（如class Student : virtual public Person）。

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虚拟继承其实就是把Person这个类单独拿出来，Person不再在Student和Teacher类里面。这样就能够保证只会有一个Person。

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尽量不要设计出菱形虚拟继承，它的底层会非常的复杂，使用也会变得复杂。
菱形虚拟继承的应用：在IO库里面有使用到。

4. 多继承中指针偏移问题

接下来我们观察一段代码：

class Student { public: int _b1; };
class Person { public: int _b2; };
class Assistant : public Student, public Teacher { public: int _d; };
int main()
{Assistant d;Student* p1 = &d;Teacher* p2 = &d;Assistant* p3 = &d;return 0;
}

p1、p2、p3都指向哪里？

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d的地址存储到基类指针变量里面时，会有一个偏移量，d会先偏移一定位置使得指针指向对应的基类子对象。

三、继承和组合

组合：它表示一个类（整体）是由其他类（部分）对象共同组成的。组合是一种has-a的关系，假设B组合了A，那么每一个B对象里面都会有一个A对象。就像stack的实现可以在类里面放置一个vector对象。
继承是一种 is-a 的关系，可以理解为它的每一个派生类对象都是一个特殊的基类对象。
就好比可以说宝马是车，但不能说宝马有车。而像栈和顺序表之间，既可以认为栈是特殊的顺序表，也可以认为是栈里有顺序表，这种情况下继承和组合都可以使用。
通过继承生成派生类的复用一般被成为白箱复用（在继承关系中，基类的内部细节对派生类可见），这在一定程度上破坏了基类的封装特性（基类的公有和保护成员都可以被派生类使用），倘若改变基类的成员，那么派生类一般都会受影响，它们之间有很强的依赖关系，耦合度比较高。
对象组合要求被组合的对象要拥有良好定义的接口，这一般被成为黑箱复用（对象的内部细节通常都是不可见的）。被组合的类仅能使用黑箱暴露出来的接口（公有成员），改变对象所在的类，被组合的类不一定会受到影响，相比于继承的白箱复用，这种复用的耦合度比较低。
在继承和组合都可以使用的情况下，优先使用组合，但在需要实现多态的情况下，还是得用继承。组合相比于继承，它的耦合度更低，代码维护性更好。